Виды и типы светодиодов, как классифицировать и упорядочить
Быстрое развитие рынка светодиодного освещения «выкинуло» на рынок различные виды и типы светодиодов. Большая часть производителей подразделяют свои чипы способом — «как Бог на душу положит». Четкая классификация отсутствует. Но все же просматривается некоторая «четкая линия» — подразделение по видам на основании общих признаков, характеристик.
По большей мере такая классификация не совсем правильная, однако обоснована. Нет точного разделения по характеристикам по одной простой причине: если брать цвет, то светодиоды можно отнести к одному виду или типу, а по второй ( мощности ) такие светодиоды уже с трудом можно отнести к одному виду. А так как характеристик у LEDs достаточно много, то «скомпоновать» их вместе достаточно проблематично.
На основании этого производители с легкостью сводят к одному классу COB и SMD диоды в одну группу, индикаторные и осветительные в другую. В общем и целом образовалась некоторая неразбериха по классификации светодиодов на основании характеристик.
Дабы исправить это положение стоит принять, что любые характеристики диодов условные. Только таким образом можно объединить и каким-то образом классифицировать их.
Виды и типы светодиодов индикаторных
К индикаторным типам следует относить такие виды диодов как: DIP (DIL), Superflux, Волоконные. Первые два достаточно сильно морально устарели, но все же их еще можно увидеть во многих гаджетах и устройствах. Не редки случаи, когда можно увидеть использование индикаторных диодов в качестве осветительных. Нонсенс на сегодняшний день, но это «имеет место быть». Оставим такое применение на совести производителей и будем рассматривать индикаторные светодиоды более подробно.
DIP (Dual In-line Package) или DIL (Dual In-Line – англ. двойное размещение в линию)
Интересные и устаревающие виды и типы светодиодов DIP. Дословный перевод таких светодиодов — DIP(DIL) двойное размещение в линию. По способу монтажа определяются как: PHT (Plating Through Holes – англ. через отверстие платы).
Характерными представителями этой группы в классификации являются 3мм, 5мм, 8мм и 10мм светодиоды. Мы уже говорили, что это устаревшие типы, т.к. были первопроходцами в области становления твердотельного освещения. И использование в промышленных масштабах находится под большим вопросом.
Полупроводники этого вида различаются по цвету, материалу и диаметру колбы 3мм, 5мм, 8мм,10мм и т.д. Выбор шикарен. Можно найти чипы на любой вкус и цвет от круглых до прямоугольных. Главное достоинство любых экземпляров в этой группе — малый нагрев при достаточно не плохой яркости. Основное использование в электронных табло, бегущих строках, разнообразных индикаторах ( отчего и идет такое разделение ).
Если смотреть со стороны конструкции, то индикаторные диоды имеют цилиндрическую форму с встроенной выпуклой линзой. Выпускают как в одном цвете, так и в многоцветном (RGB).
Обособленно в эту группу можно отнести и виды OLED диодов ( Organic Light Emitting Diode )- органические светодиоды. Популярны в производстве подсветки ЖК экранов, дисплеев и телевизоров.
Super Flux Пиранья
Светодиоды Пиранья из данной группы обладают самыми лучшими световыми характеристиками по световому потоку. Конструктивной особенностью можно считать прямоугольную форму с четырьмя выводами (пинами). На сегодняшний день имеются 4 цвета: красный, зеленый, синий, белый. Размеры: 3мм, 5мм и Falt.
Основное применение сверхярких светодиодов Пиранья — автомобили и реклама.
Особенностью и преимуществом перед DIP диодами 3,5,10 мм — наличие четырех пинов. За счет этого обуславливается более «жесткое» присоединение к плате.
Подложка Пираней выполнена из свинца, т.к. имеет большую теплопроводность. Рабочий температурный режим достаточно широкий, что позволяет применять большие входные мощности. По поводу безопасности и экологичности остается вопрос… Свинец… Не совсем экологичный материал…Мягко говоря…
Угол рассеивания светового потока широкий — от 40 до 120 градусов.
Если проводить параллель по применяемости и востребованности, то Пираньи все-таки, держат пальму первенства.
Новый вид индикаторных — волоконные светодиоды
Это одни из новых видов и типов светодиодов, которые были представлены широкой публике корейскими производителями в конце 2015 года. Пока они используются только как отдельные волокна, но не за горами тот момент, когда их можно будет использовать в текстильной промышленности. И как только этот день настанет, то их можно с большой уверенностью переносить в группу осветительных светодиодов.
Способ производства основан на покрытии подложки полиэтилентерефталатом, пропитанным раствором PEDOT:PSS (поли-3,4-этилендиокситиофена полистиролсульфоната). Далее волокна покрывают олед диодом, сушат и наносят завершающий слой фтористого лития алюминия (LiAl).
Виды и типы светодиодов осветительных
Самый интересные и широко используемые виды и типы светодиодов — осветительные. В повседневном использовании применяются диоды с белым излучением. Он в свою очередь подразделяется на: холодный белый, теплый белый. Сами по себе полупроводники не могут воспроизводить белый цвет. Поэтому используется несколько методик получения белого цвета.
К первому относится способ RGB. Самая дешевая технология получения белых диодов. Но с ее использованием ухудшается индекс цветопередачи. О том, что это такое — читайте в соответствующем материале.
Второй метод — самый распространенный. Нанесение люминофора на голубой или синий светодиод. Данный способ самый распространенный. В этом случае мы получаем желтый и зеленый цвета, или красный и зеленый. Этот метод идеален, если мы желаем получить цвет максимально приближенный к люминесцентному.
Осветительные светодиоды вида SMD
Один из самых распространенных видов в осветительной группе. Обратимся к переводу. Аббревиатура SMD — Surface Mounted Device – англ. прибор. монтируемый на поверхность.
Конструктивно такие типы достаточно сложные. Состоят из алюминиевой или медной подложки. На подложку монтируется сам кристалл, припаеваемый к контактам корпуса, в котором заключена подложка.
Кристалл покрывают линзой, в некоторых случаях только люминофором. На одной подложке можно разместить до трех диодов, в зависимости от применения будущего источника света.
Распространенный вид светодиодов – COB
Другими, наиболее распространенными и модными видами являются диоды COB типа (Chip On Board – англ. чип на плате). В этом случае на одну плату ( подложку ) монтируется от 9 и более кристаллов. Их заливают люминофором. В таком виде мы получаем светодиод с большой яркостью. Данная технология упростила и существенно удешевила изготовление светотехнических LED устройств. Световой поток COB диодов на порядок больше, чем у СМД.
Основное назначение – освещение. В то время, как COB диоды можно использовать и в качестве индикаторов.
В плане ремонтопригодности COB наименее предпочтительны, т.к. в случае перегорания придется поменять всю матрицу.
И кстати, мною давно замечено, что в COB чипах достаточно сложно (простому обывателю) определить количество, размер кристаллов. А соответственно и сопоставить полученные измерения ( подсчеты ) с заявленными характеристиками источников света.
Ну и последняя новинка 2015 года в твердотельном освещении – filament светодиоды.
Новый вид светодиодов – filament
Данный тип диодов сформировался не так давно. Но сразу полюбились покупателями. И это не мудрено, т.к. при одинаковой мощности ( в сравнении с COB или SMD ) мы можем получить большую освещенность.
Пока основное применение filament светодиодов — LED лампы. Филаментные светодиоды монтируются на стеклянную или сапфировую подложку. Технология – Chip-On-Glass. В результате чего, свет распространяется на 360 градусов. Достаточно интересная и «далеко идущая» технология.
Заключение
В принципе, указанные в статье виды и типы светодиодов не полные и данную классификацию можно расширять, применяя ряд подвидов и классов. Кому-то она покажется простой. Кому-то правильной, кому-то смешной. Но в силу того, что никакой определенной «научной концепции» по распределению светодиодов не существует, то для общего понимания того, как можно разделить светодиоды на виды и классы мы получили. Чего, в принципе и добивались.
Виды светодиодов: параметры и классификация
Содержание:
- Какие бывают светодиоды
- Параметры
- Классификация
Светодиодное освещение приобретает все большую популярность и постепенно вытесняет традиционные осветительные приборы. Многие виды светодиодов, выпускаемых производителями, постоянно совершенствуются, их конструкция с каждым годом становится лучше. Увеличивается мощность, корпуса становятся более оптимизированными для использования в различных областях. Огромный выбор цветов дает возможность создавать нужное освещение в разных помещениях. Современные светодиоды, благодаря характерным признакам, могут легко классифицироваться по видам, что в значительной степени облегчает их выбор для тех или иных целей.
Какие бывают светодиоды
Самые первые светодиоды применялись в качестве индикаторов и продолжают использоваться в этой сфере до сих пор. Наибольшее распространение получили индикаторные светодиоды, которые являются элементами выводного монтажа. Они имеют прямоугольную или круглую линзу и встречаются, начиная с самых простых устройств, и заканчивая сложнейшим современным оборудованием. Используются не только для индикации, но и в качестве подсветки.
Наиболее характерные представители этой группы имеют круглые выпуклые линзы, диаметр которых составляет от 3 до 10 мм. Однако незначительный ток этих светодиодов не дает возможности получить большое количество света, делая их использование в качестве осветительных приборов нецелесообразным. Больше всего они подходят для таких приборов, как бегущая строка и световое табло. Они требуют незначительного тока и напряжения и почти не нагреваются.
Индикаторные светодиоды могут быть белыми или цветными в соответствии со стандартным цветовым спектром. Некоторые конструкции выпускаются в многоцветном варианте. В этом случае одна линза оборудуется тремя переходами, а нижняя часть – четырьмя выводами. Такие элементы получаются более функциональными, что дает возможность создания цветных светодиодных табло.
С развитием технологий, в выводном монтаже стали использоваться более современные яркие светодиоды. Сила света этих элементов значительно выше, чем у индикаторных светодиодов, поэтому они стали широко применяться для карманных фонариков.
Поверхностный монтаж на печатную плату все чаще выполняется с помощью светодиодов, совместивших индикаторные и осветительные функции. Известные под маркой SMD – Surface Mounted Device. Они заключены в корпуса со стандартной размерной линейкой. По мощности их можно сравнить с индикаторными светодиодами. Большое количество таких светодиодов может быть смонтировано на небольшой площади печатной платы. За счет этого удается получить светодиодные лампы, ленты и панели практически любых размеров.
Отдельно стоит отметить группу сверхъярких светодиодов, широко используемых в наружной рекламе и тюнинге автомобилей. Они известны под названием «Пиранья», имеют прямоугольную форму и улучшенные рассеивающие свойства. Четыре вывода позволяют жестко закрепить элемент на плате или другой плоскости. Основные цвета – белый, красный, зеленый и синий, размеры составляют 3-7,7 мм.
В настоящее время светодиоды наиболее широко используются в светодиодном освещении помещений. Они представлены модельным рядом СОВ, что означает Ghip On Board. Данные источники света могут быть теплыми и холодными, белыми, желтыми и других оттенков. По цвету они похожи на обычные лампы накаливания, лампы дневного света и даже на естественный солнечный свет. Эти параметры напрямую зависят от характеристик полупроводников и нанесенного люминофора. Для нанесения покрытия используются в основном синие светодиоды, что дает возможность получения красного, зеленого, желтого и другого цвета. Световые качества максимально приближены к люминесцентному освещению.
Конструктивно светодиоды СОВ состоят из множества кристаллических полупроводников, смонтированных на общую подложку и покрытых люминофором. Таким образом, удается достичь высокой яркости за счет суммарного светового потока, создаваемого несколькими источниками света, расположенными очень плотно между собой. В случае необходимости такие светодиоды могут применяться как индикаторы.
В процессе эксплуатации данным элементам обязательно необходим отвод тепла, а устройства повышенной и высокой мощностью оборудуются радиаторами. В противном случае под влиянием тепла светодиодные кристаллы будут разрушаться. Если они окажутся частично разрушенными, потребуется замена всей подложки. Поэтому рекомендуется заранее позаботиться об охлаждении.
Сегодня все более популярными становятся источники света Filament, светодиоды у которых напоминают обычную нить накаливания. Световые свойства этого вида светодиодов заметно превосходят любые модели СОВ. Это достигается за счет большого количества кристаллов, смонтированных на стеклянную подложку. Далее вся конструкция заливается флуоресцентным составом. Данная технология получила название Chip On Glass, что означает чип на стекле.
Величина видимого телесного угла составляет 3600, поэтому световая отдача выше, чем у плоских матриц. Светодиодная лампа на 6 Вт по световому излучению равна обычной лампе накаливания на 60 Вт.
Параметры светодиодов
Одной из основных характеристик светодиодов является рабочий ток. Дело в том, что данные элементы могут работать лишь при определенной силе тока, обеспечивающей нормальную работоспособность. Поэтому даже незначительное превышение установленной величины тока, быстро приведет к выходу из строя светодиода – он просто перегорит.
Рабочий ток отличается у каждого типа источника света. Более мощным элементам требуется соответствующий более высокий ток. Для регулировки необходимой величины тока в каждой светодиодной лампе и светильнике установлены специальные драйвера. Если же светодиод подключается отдельно, необходимо знание его технических характеристик для ограничения тока с помощью нужного драйвера, конденсатора или резистора.
Не менее важным параметром светодиодов является рабочее напряжение. Его величина зависит от самих полупроводников и других материалов, применяемых при изготовлении. Таким образом, светодиоды с разными цветами отличаются различным рабочим напряжением. То есть, значение рабочего напряжения можно установить по цвету того или иного светодиода.
В большинстве случаев питание светильников и светодиодных лент осуществляется с помощью драйверов, с выходным постоянным током 12 В. То есть, в последовательной цепи может быть только 4 светодиода с рабочим напряжением 3 В. Если включить дополнительно пятый светодиод, такая цепь не будет работать. Данная характеристика называется также падением напряжения, составляющим в данном случае 3 вольта.
Нельзя забывать и о таком параметре, как мощность светодиода. На ее показатели оказывают влияние две предыдущие характеристики – рабочий ток и падение напряжения. Большой ток для мощных светодиодов должен совмещаться с качественной системой охлаждения. Для этого используются алюминиевые и медные радиаторы, а также вентиляторы-кулеры принудительного обдува.
Мощность любого светодиода определяется путем умножения значения напряжения на силу тока. При расчетах светодиодной сборки учитываются все используемые элементы. Например, общая мощность светодиода, включающего 100 кристаллов по 1 ватту, будет составлять 100 Вт.
Световой поток, испускаемый осветительными светодиодами, отличается более высокой мощностью по сравнению с другими источниками – лампами накаливания, люминесцентными и другими светильниками с такой же, или более высокой мощностью. Следовательно, у них и более высокая световая отдача на каждый ватт мощности того или иного светодиода. Тем не менее, эти превосходные качества будут заметно отличаться, в зависимости от типа и качества изготовления конкретного элемента.
Немаловажное значение имеет угол рассеивания. У светодиодов он меньше, чем у других светильников. Для его расширения применяются специальные рассеивающие линзы. При необходимости создания узкого угла рассеивания используются собирательные линзы, сужающие световой луч. Яркость светодиодного пучка света будет неравномерной в границах угла рассеивания. Яркое свечение в центре постепенно снижается с приближением светового потока к краям этого угла.
Классификация
Типы и виды современных светодиодов
Для того чтобы не растеряться среди многообразия видов и типов светодиодов, нужен единый стандарт, в соответствии с которым все светоизлучающие диоды можно разделить на группы по тем или иным параметрам. Но как оказалось, такого стандарта не существует, и каждый производитель светодиодов классифицирует продукцию по своему усмотрению. Причина такого подхода очевидна. Оптоэлектроника стремительно развивается, появляются все новые модели светодиодов, сделанные по более совершенным технологиям.
К сожалению, перечислить сначала основные, а затем второстепенные характеристики также не получится. Такое деление весьма субъективно. Поэтому придется приступить к детальному рассмотрению вопроса, чтобы читатель наглядно смог ознакомиться со всеми наиболее распространенными видами и типами светоизлучающих диодов.
Классификация по цветовой гамме
Нынешние технологии позволяют получить кристалл светодиода с любым цветом излучения в видимом диапазоне. Для этого используют химические соединения полупроводниковых материалов индия и галлия с разными элементами. С целью унификации, кроме цвета, на упаковке с изделием указывают ещё одну характеристику: длину волны излучения. Она помогает максимально точно идентифицировать оттенок. Например, к светодиоду с зелёным свечением можно отнести любой светоизлучающий кристалл с длиной волны от 500 до 570 нм. При этом экземпляр с λ=500-520 нм будет иметь цвет морской волны, а с λ более 550 нм — салатный оттенок. Промежуточные цвета получают методом близкого расположения трёх кристаллов: синего, красного и зеленого с последующим управлением мощностью их свечения. Это так называемые RGB-светодиоды. Существуют также двуцветные виды, используемые в основном в индикаторной подсветке.
Отдельным абзацем следует упомянуть о белых типах светодиодов. Они имеют широкий спектр излучения и формируются, как правило, на базе ультрафиолетового светодиода, покрытого люминофором. Светодиоды белого свечения имеют свою градацию по оттенкам (теплый, нейтральный, холодный), что выражается в виде такого параметра как цветовая температура.
УФ и ИК типы излучающих диодов хотя и не работают в видимом спектре, но своей практической пользой также заслуживают место в перечне разновидностей светодиодов.
Различия по мощности
В зависимости от назначения мощность потребления может составлять от единиц мВт до десятков Вт. Первые, самые маленькие типы светодиодов – это бескорпусные кристаллы. Их используют для создания COB-матриц с применением последних технологий. Ко второму типу условно можно отнести изделия мощностью от 60 мВт до 1 Вт (ультраяркие в прозрачном корпусе, SMD 3528 и их производные). В третью группу войдут светодиоды с мощностью рассеивания более 1 Вт, требующие применения дополнительной системы охлаждения. Самыми мощными принято считать COB-матрицы. Один такой модуль размером 35х35 мм способен рассеивать до 180 Вт.
Сила света
Данная характеристика напрямую связана с такими параметрами как мощность, угол свечения и технологией производства. Чем меньше угол, тем больше яркость в точке измерения. Сверхъяркие светодиоды с углом рассеивания светового потока 110° имеют силу света около 1000 мкд, а с углом 15° – силу света 35000 мкд.
В американской корпорации Cree каждое поколение мощных белых светодиодов заносят в отдельную группу (S5, T6, U3…). Таким образом, производитель старается выделить каждый новый тип светодиода, имеющий повышенный световой поток при прежней мощности потребления.
Стоит отметить, что устаревшие диффузные светодиоды типа АЛ307 с силой света 0,4-6 мкд перестали быть востребованы и практически вытеснены сверхъяркими аналогами со светоотдачей в тысячи раз больше.
Классификация по напряжению
Падение напряжения однокристальных светодиодов определяется их мощностью и цветом излучения и имеет фиксированные рамки. Например, в характеристике белого светоизлучающего диода может быть указано падение напряжения от 3,3 до 3,6 В.
Наращивание тока через кристалл с целью увеличения яркости не могло продолжаться бесконечно. В итоге компании наладили выпуск многокристальных светодиодов, которые рассчитаны на напряжение 9, 12, 18, 24, 48, 72 вольт. Ярким представителем этого семейства является COB-матрицы белого свечения.
Нельзя не вспомнить о филаментах, которые питаются постоянным напряжением около 70 В. Эти специфические стержни используются в лампах с имитацией нити накала.
Тип исполнения и назначение
Если вдаваться в детали, то этот раздел станет очень обширным. Ведь каждый производитель выпускает сотни видов светодиодов, отличающихся геометрическими размерами. И всё же существуют признаки, по которым можно их упорядочить. Перечислим основные типы светодиодов.
- Слаботочные. Сверхъяркие двухвыводные светодиоды в круглом прозрачном корпусе 3, 5 или 10 мм. Чаще всего данный тип светодиодов применяют в качестве индикаторов, рекламно-информационных модулях или светофорах. Вторая подразновидность слаботочных светодиодов – компоненты в SMD корпусе прямоугольной или квадратной формы размером до 3х3,5 мм. SMD варианты наиболее часто используются в построении бегущих строк и систем индикации.
- Мощные SMD. Собраны на одном кристалле без линзы, применяется данный тип в светодиодных лампах и лентах широкого потребления. Также есть варианты, собранные на нескольких кристаллах с общей линзой. Многокристальные виды светодиодов используются для промышленного и декоративного освещения.
- COB-модули. Изделия белого свечения могут достигать размера 38х38 мм в квадратном исполнении и 50х6 мм в форме линеек. Из-за повышенного светового потока востребованы в конструировании прожекторов и фонарей уличного освещения.
- Filament LED. Выполнен в виде стержня длиной около 30 мм с множеством кристаллов на поверхности. В настоящее время возможности филаментных светильников только раскрываются. Пока Filament LED массово применяются только для создания нитевидных ламп на 220В.
- OLED. Этот тип тонкопленочных органических светодиодов применяется для построения органических дисплеев.
- Излучающие диоды в ИК и УФ-диапазоне. Выпускают как в корпусе с выводами, так и в SMD исполнении. Среди товаров широкого потребления их можно увидеть в пультах ДУ и лампах для сушки ногтей.
В заключение стоит отметить, что приведенная классификация светодиодов не является полной и может быть ещё дополнена подвидами и группами. То же самое касается постоянно расширяющейся сферы применения. Но общая концепция, которую выдвигают лидеры в производстве оптоэлектроники Nichia, Cree и Philips в данной статье описана максимально подробно.
Характеристики светодиодов: достоинства и недостатки, применение
Основные характеристики светодиодов
1. Эффективность свечения (светоотдача)
Наиболее значимая характеристика светодиодов, обуславливающая экономическую целесообразность их использования в системах освещения различного назначения. Определяется, как отношение потока излучения к затрачиваемой мощности (Лм/Вт).
Для сравнения:
— 10-12лм/Вт — лампа накаливания;
— 40-150Лм/Вт — газоразрядные лампы;
— 50-120Лм/Вт — светодиоды.
Таким образом, светодиоды характеризуются прекрасными показателями светоотдачи, что дает возможность им выигрышно конкурировать с натриевыми, галогеновыми и люминесцентными лампами. Помимо этого, при выпуске светодиодных светильников не требуются отражатели, потому что их световой поток направляется в одной полуплоскости.
2. Мощность
— светодиоды малой мощности: до 0,5Вт;
— светодиоды средней мощности: 0,5-3Вт;
— светодиоды большой мощности: 3Вт и выше.
3. Цветовая температура
— 2500-4000К: белый теплый свет, схож с лампами накаливания;
— 4000-6500К: белый нейтральный свет;
— 6500-9500К: белый холодный свет.
В результате экспериментальных исследований установлено, что именно белый нейтральный свет отличается наибольшей четкостью передачи цветов и является наиболее удачным для работы с документами в офисных условиях.
4. Деградация
Это процесс постепенной потери показателей работоспособности светодиодов. Обычно производители указывают около 100 тыс. час. работы и более. Существенное влияние на ресурс светодиодов оказывает чрезмерное воздействие токов, превышающих их номинальное значение, и высоких температур, для предотвращения преждевременного старения применяются специальные конструкторские решения.
К еще одной разновидности деградации светодиодов относится пусковое воздействие. Оно невысоко и составляет порядка 5-6%, выявляется обычно в первые 1000 часов горения светильника.
5. Угол свечения
Обычно у светодиодов он равен 120-140 градусов, а в индикаторных светодиодах — 15-45 градусов.
Технологические новшества в наше время происходят постоянно. Ежегодное появление новинок электроники, бытовой техники, автомобилестроения стало привычным явлением. То, что удивляло дватри года назад, часто уже безнадежно устарело к сегодняшнему дню. Большинство изменений касается улучшения существующих вещей, например, двигатель автомобиля становится более экономичным и экологически чистым от модели к модели. Вносимые улучшения понятны в основном узкому кругу специалистов.
Двигатели производятся теми же фирмами на тех же заводах. Внешне индустрия меняется довольно медленно и постепенно.
Гораздо реже происходят принципиальные изменения – технические революции. Во время революции меняется сам подход к решению задачи. Это приводит к кардинальному изменению свойств изделий и отрасли в целом.
Сегодня в мире осветительной техники происходит как раз такая техническая революция. Эта революция в течение следующих 3-5 лет может полностью изменить рынок светильников, а также повлиять на список ключевых игроков. Есть повод задуматься над ситуацией как существующим производителям, так и новым компаниям, не занимавшимся до сих пор этой сферой.
Приведем исторический пример.
До 70-х годов прошлого века основой радиотехнических устройств были электронные вакуумные приборы – радиолампы. Первые компьютеры были построены именно на лампах, и именно лампам они обязаны своими циклопическими размерами и стоимостью при вычислительной мощности калькулятора.
В 50-х годах началось активное развитие полупроводниковой техники, появились транзисторы, а позже интегральные схемы, содержащие сотни и тысячи транзисторов. Электронные лампы были полностью вытеснены из большинства областей, объемы их призводства упали в десятки раз. Многие компании-производители вынуждены были полностью переориентироваться или исчезнуть с рынка. Полупроводники завоевали мир, открыли возможности для тысяч компаний и огромного количества новых приложений. Ниже мы вернемся к этому примеру, чтобы увидеть интересные параллели между революцией полувековой давности и тем, что происходит сейчас на наших глазах.
Полупроводники, эти удивительные материалы — основа современной электроники. Они обладают важными свойствами, применяемыми в транзисторах и микросхемах. Однако этим их использование не ограничивается.
Еще в начале прошлого века был замечен эффект слабого свечения в области электрического контакта полупроводников разных типов проводимости. Тогда это явление не было понято и изучено. Как считается, первый полупроводниковый светодиод был изготовлен в 1962 году в США.
До 90-х годов ХХ века светодиоды получили широкое распространение в качестве устройств индикации и декоративных элементов. Использованию светодиодов в осветительной технике мешали трудности в получении белого цвета свечения. Дело в том, что кристалл, на котором построен диод, может излучать свет только строго определенной длины волны. Наш глаз воспринимает такое излучение как чистый цвет из спектра, например, красный или зеленый. Мы видим белый цвет, когда в наш глаз попадает очень широкий спектр длин волн или смесь нескольких определенных основных цветов.
Эту проблему можно решить тремя способами.
Первый – собрать на одном кристалле светодиоды трех цветов, например, красного, зеленого и синего.
Этот путь нашел свое применение в видеоэкранах и элементах декоративной подсветки с изменяющимся цветом.
Второй – использовать принцип люминесцентных ламп: излучение ультрафиолетового светодиода попадает на люминофор, светящийся белым светом под действием ультрафиолета. 
Третий способ – использовать синий светодиод, покрытый желтым люминофором. Смесь желтого и синего цвета также воспринимается глазом как белый цвет (рис. 1).
Последний способ оказался самым удобным и эффективным для изготовления сверхъярких светодиодов. Такие светодиоды были впервые продемонстрированы в 1997 году. С этого времени начинается и использование светодиодов для решения задач общего освещения.
В настоящий момент общедоступными являются светодиоды, дающие световой поток до 140 люмен на 1 ватт потребляемой мощности. В лабораторных условиях получены устройства, излучающие до 200 люмен 1 на ватт. Теоретический предел сегодняшних технологий составляет порядка 300 люмен 1 на ватт.
{xtypo_quote}Для сравнения: лампа накаливания дает около 7 лм/Вт, а современная энергосберегающая люминесцентная лампа до 105 лм/Вт. Сравнимую со светодиодами эффективность на уровне 130 лм/Вт имеют натриевые лампы высокого давления. Существенным недостатком натриевых ламп является их почти монохроматический оранжево-желтый свет, ухудшающий цветопередачу предметов. {/xtypo_quote}
Световой поток источника, выраженный в люменах, характеризует его излучающую способность без учета диаграммы направленности. Когда мы оцениваем полезный эффект, производимый источником света, нам важно распределение света от светильника в пространстве. Например, дорожный светильник должен давать равномерное и яркое световое пятно на дороге, при этом не слепить водителей и не освещать дальний край обочины. Чтобы достичь этого, применяются рефлекторы и линзы – отражающая или фокусирующая оптика.
Эффективность любого рефлектора или линзы зависит, в значительно степени, от геометрии источника света. Светодиод – это практически точечный источник, который позволяет добиться 80-90% эффективности при формировании освещенной области. Лампа излучает во все стороны и имеет большие размеры поверхности, испускающей свет. Чтобы добиться нужной диаграммы направленности, придется пожертвовать от 40 до 70% света. По этой причине, даже при одинаковой энергетической эффективности (люмен на ватт), светодиод в полтора-два раза эффективней традиционной лампы.
У фирмы Osram имеется уникальное решение – светодиод со встроенной линзой, имеющий диаграмму направленности, идеально подходящую для освещения улиц и автомагистралей (рис. 2). При использовании такого диода нет необходимости в применении какой-либо вторичной оптики, следовательно, нет потерь света и дополнительных денежных затрат.
Светодиоды претендуют на то, чтобы стать серьезной альтернативой другим источникам света.
Рассмотрим их преимущества и недостатки, чтобы самостоятельно оценить, насколько оправданы эти ожидания.
Достоинства светодиодов
Итак, первое и самое главное достоинство – энергетическая эффективность. Электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в кванты света – фотоны. Такое преобразование теоретически происходит без потери энергии – сколько энергии потрачено, столько и излучается. На практике потери, конечно, есть, но уже достигнуты впечатляющие результаты по сравнению с другими источниками. Светораспределение светильника создается с гораздо меньшими потерями света.
Надежность и время жизни. Начнем с самого определения времени жизни устройства. Для светодиода за время жизни принято количество часов, которое он проработает до снижения его светового потока на 30%. Лидирующие производители (например, Osram) заявляют о времени жизни более 100 тыс. часов.
{xtypo_quote}Сравним: лампа накаливания – 1000 часов, стандартная люминесцентная лампа – 12 тыс. часов, газоразрядные лампы – до 40 тыс. часов. Данные по традиционным источникам света приведены по критерию полного выхода источника из строя. {/xtypo_quote}
Малый размер светодиода. Мощный одноваттный светодиод серии OSLON производства Osram имеет размер корпуса 3х3 мм. Это позволяет вписы-вать его в любую конструкцию светильника, а также создавать миниатюрные и при этом очень мощные осветительные приборы. (рис. 3).
Экологическая безопасность.
Светодиод сам по себе содержит сотые доли грамма вещества в кристаллической, крайне химически инертной форме. Люминесцентная лампочка содержит очень опасные для человека и природы вещества, такие как ртуть. Утилизация таких ламп дорогостоящий и сложный процесс.
Время включения-выключения и управление яркостью. Светодиоду требуются доли микросекунд (150 нс для белого одноваттного светодиода Golden Dragon Plus) для начала работы с полной отдачей после подачи на него электрического тока. Это дает возможность регулировать световой поток путем подачи коротких импульсов тока, следующих с высокой частотой.
Таким образом, яркость светильника может регулироваться в любых пределах с сохранением 100 % эффективности. Можно отметить и еще один эффект – светодиод некритичен к количеству циклов включений-выключений, что является бичом, например, недорогих энергосберегающих ламп.
Механическая прочность и стойкость к ударам. Светодиод – это твердый кристалл в пластиковой или керамической оболочке. При желании его можно уничтожить при помощи молотка. На практике он абсолютно не чувствителен к вибрациям и другим воздействиям, характерным для условий промышленного применения.
Стабильная работа при низких температурах без сокращения срока службы и потери яркости. Светодиодному светильнику не требуется запуск, он практически мгновенно выходит на заданный температурный режим.
Недостатки светодиодов
Самой большой проблемой при проектировании светодиодных светильников является решение вопроса о том, что делать с выделяемым теплом. Как уже говорилось, светодиод преобразует электрический ток непосредственно в световой поток.
Это достоинство, которое превращается в недостаток, когда речь заходит об отводе тепла. Дело в том, что светодиод практически не излучает мощности в инфракрасном диапазоне спектра. Инфракрасное излучение мы ощущаем как тепло, исходящее от лампочки. Оно бесполезно с точки зрения наших глаз, но очень хорошо отводит лишнее тепло от источника света.
{xtypo_quote}На практике в свет превращается около 25% энергии, а остальное переходит в тепло. Полупроводники не любят нагрев, их срок службы существенно падает при температуре выше 130-150 0С. (для сравнения – спираль лампочки накаливания нагревается до 2300 0С, а у галогенной – до 2700 0С). {/xtypo_quote}
Итак, недостаток № 1: нужно отводить тепло и делать это приходиться при помощи радиаторов, а иногда даже активных систем охлаждения. Для того, чтобы получить ожидаемую эффективность светодиодного светильника, требуется позаботиться о правильном источнике питания. Источник должен обеспечивать стабилизированный ток (а не напряжение, как требует подавляющее большинство устройств) на уровне от 100 мA до 1 А в зависимости от типа диода. Для достижения эффективности обычно используются импульсные источники с коррекцией коэффициента мощности.
Недостаток № 2 – относительно сложная схема питания.
Недостаток № 3, вероятно существующий лишь временно, – высокая цена светодиодов. В светотехнической отрасли принято говорить о люменах, получаемых на затраченный доллар или евро. На сегодняшний момент эта величина составляет до 3 евроцентов за 1 люмен, что на порядок выше, чем стоимость 1 люмена в люминесцентной лампе. Это основной фактор, препятствующий широкому распространению светодиодных светильников в быту. Однако в тех областях, где значение имеет стоимость владения, включающая стоимость обслуживания, светодиоды уже обходятся дешевле обычных ламп.
Чтобы в этом убедиться, достаточно подсчитать стоимость работ с применением автовышки по замене ламп в мачтах уличного освещения, не говоря уж о существенной экономии электроэнергии. Очень часто переход на светодиоды производится просто изза физической нехватки электрической мощности в районе.
Не случайно в начале статьи приведена история о радиолампах и транзисторах. Помимо лучших технических характеристик, которыми, кстати, первые транзисторы не особенно могли похвастаться, полупроводники открыли дорогу в отрасль для тысяч мелких компаний. С их появлением резко уменьшился финансовый и технологический барьер для выхода на рынок. Первые компьютеры новой эры были собраны в гаражах. Гиганты потеряли монополию, и в электронную индустрию пришла невероятно сильная конкуренция.
{xtypo_quote}Появление светодиодов открывает дорогу к производству светильников огромному количеству компаний, которые ранее этим не занимались. Все, что нужно на первом этапе, – это обычное оборудование для сборки электронных плат. В нашей стране существует избыток такого производства, который ждет своего часа.{/xtypo_quote}
Характеристики светодиодов и все, что о них нужно знать
Несмотря на существующее многообразие светодиодов, отличающихся формой и назначением, все они созданы из полупроводникового кристалла и имеют общий принцип действия. Значит, их работа основана на одних и тех же технических характеристиках, среди которых выделяют входные и выходные параметры светодиодов.
Входные параметры
Технические характеристики светодиодов, которые оказывают влияние на его работу, условно называют входными. Речь идёт о прямом (обратном) токе и напряжении и их графической зависимости.
Прямой ток
Техническим параметром №1 любого светодиода является ток, протекающий в прямом направлении через p-n-переход. Номинальный (рабочий) ток – это ток, при котором производитель гарантирует заявленную яркость в течение всего срока эксплуатации. Также указывается максимальный ток, превышение которого ведёт к электрическому пробою. Для некоторых модификаций номинальный прямой ток теоретически равен максимальному. В таких случаях рекомендуется эксплуатировать светодиод на 90-95% от номинального значения. Величина рабочего тока во многом зависит от размера кристалла и режима работы. Например, ток органического светодиода, используемого для формирования OLED матриц, не превышает нескольких микроампер. И, наоборот, кристалл мощностью 1 вт потребляет около 0,35 А.
Падение напряжения
Под этим параметром принято понимать прямое падение напряжения при протекании через p-n‑переход номинального тока. Его значение зависит от химического состава полупроводника (цвета свечения). Наименьшим прямым напряжением обладают инфракрасные диоды (около 1,9В), а наибольшим ультрафиолетовые (от 3,1 до 4,4В). Зачастую в паспорте указывают диапазон возможных значений.
Обратное напряжение
Под максимальным обратным напряжением понимают напряжение обратной полярности, прикладываемое к p-n-переходу, при превышении которого происходит электрический пробой и, как следствие, выход из строя полупроводникового прибора. Для превалирующей части светодиодов его значение составляет 5В. Среди излучающих диодов ИК-диапазона немало приборов с допустимым обратным напряжением 1 или 2 вольта.
Мощность рассеивания
Мощность, рассеиваемая корпусом, определяется как произведение максимального тока и прямого напряжения и указывает на наибольшее количество энергии, которую способен эффективно рассеивать светодиод в течение длительного времени. При превышении паспортного значения в кристалле полупроводника возникает электрический или тепловой пробой.
ВАХ
Вольтамперная характеристика светодиода представляет собой графическую зависимость прямого тока от прикладываемого прямого напряжения. С помощью этого технического параметра можно легко узнать падение напряжения на светодиоде при задании тока определённой величины без проведения лабораторных исследований. ВАХ помогает произвести теоретические расчёты будущей электрической цепи.
Выходные параметры
Под выходными параметрами подразумевают характеристики светодиодов, измеренные при определённых условиях. Замер выходных параметров производят на номинальном токе и температуре окружающей среды, равной 25°C.
Световой поток и сила света
Оптические характеристики светодиода выражают в виде светового потока и силы света. Световой поток (лм) – это количество световой энергии (видимый свет), излучаемой кристаллом и переносимой на поверхность за единицу времени. Для слаботочных светодиодов с рассеивающей линзой обычно указывают силу света (кд). Её физический смысл состоит в отношении светового потока к углу, внутри которого распространяется излучение. Другими словами, сила света – это интенсивность светового потока в некотором направлении. Отсюда следует, что светодиод с меньшим углом излучения обладает большей силой света при одинаковом световом потоке. Современные 5 мм светодиоды высокой яркости способны выдавать до 15 кд.
Угол излучения
В разных источниках можно встретить названия: «видимый угол», «угол рассеивания». С физической точки зрения его правильно называть «Двойной угол половинной яркости» и обозначать – «2Q1/2». Двойной угол половинной яркости присущ только приборам, которые имеют фокусирующую линзу, и зависит от формы корпуса. Он может иметь значения в пределах 15-140°. Белые светодиоды, предназначенные для smt монтажа, и матрицы на их основе характеризуются широким углом излучения – 115-140°.
Цвет излучения и длина волны
В зависимости от типа полупроводникового материала светодиод излучает свет в определённом волновом диапазоне. Например, зелёному цвету соответствует диапазон длин от 500 до 570 нм. При этом прибор с λ=500-520 нм имеет салатный оттенок, а с λ=550-570 нм – бирюзовый оттенок. Белый светодиод излучает в ультрафиолетовом или в широком спектре с дальнейшим выделением белого света с помощью люминофора. ИК и УФ диоды работают в невидимой зоне спектра. Поэтому в их маркировке указывается рабочая длина волны.
Цветовая температура
Этот параметр присущ исключительно белым светодиодам. Цветовая температура указывает на оттенок, который получают предметы, освещаемые в данном свете. Условно весь белый свет разделяют на тёплый, нейтральный и холодный и измеряют его в градусах Кельвина. Свет от светодиодов с одинаковой цветовой температурой может восприниматься по-разному, что объясняется их различным коэффициентом цветопередачи. Более подробно об этом написано здесь.
Световая отдача
Этот параметр показывает, какое количество светового потока излучает светодиод на единицу потреблённой мощности и измеряется в лм/Вт. Светоотдача является своеобразным коэффициентом полезного действия светодиода. По этому показателю мощные светодиоды уже превзошли газоразрядные лампы, перешагнув рубеж в 150 лм/Вт. Серийно выпускаемые светодиоды имеют светоотдачу около 100 лм/Вт. Световая отдача светодиодных ламп на 220В в 5-7 раз больше, чем у ламп накаливания.
Инерционность
Такое понятие как «инерционность» часто отсутствует в datasheet на светодиоды. Общепринято считать, что они мгновенно включаются и отключаются, т.е. являются безынерционными. На самом деле задержка при переключении может достигать нескольких нс. Для отечественных ИК излучающих диодов инерционность указывают в виде времени нарастания и спада излучающего импульса. Эти временные интервалы колеблются в пределах единиц-сотен наносекунд и оказывают влияние на работу в высокочастотном импульсном режиме.
Дополнительные характеристики
Кроме основных технических параметров, при проектировании светодиодных светильников нужно учитывать ещё несколько дополнительных факторов, таких как влияние температуры и различных коэффициентов.
Температурная зависимость
Продолжительная и стабильная работа излучающего диода во многом зависит от эффективного отвода тепла от кристалла. В связи с этим у мощных светодиодов должно быть низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка. Например, SMD 5730 и SMD 3014 имеют всего 4°C/Вт, что является достижением современных технологий.
Также нормируются:
- максимальная температура p-n-перехода (температура кристалла), которая для SMD приборов может достигать 130°C;
- температурный диапазон, при котором допускается эксплуатация;
- температурный диапазон, при котором можно хранить полупроводниковый прибор;
- температурно-временной график пайки SMD светодиодов.
Биновка
Светодиодный бин представляет собой неделимую область на диаграмме цветности, условно выраженную в цифробуквенном коде. Необходимость биновки белых светодиодов вызвана погрешностью, допускаемой в процессе их изготовления. Бин-код позволяет максимально точно указать оттенок белого света приборов, имеющих одинаковую цветовую температуру и коэффициент цветопередачи. Данный параметр учитывают производители светильников высокого качества.
Выбираем светодиоды по характеристикам LEDs
В силу своей «безбашенной» увлеченности, у меня часто интересуются, как правильно выбирать светодиоды? На какие характеристики обращать внимание? Дабы снять эти вопросы пришлось сесть и написать одну, но обстоятельную статью, в которой придется совместить две, так как они не разделимы. Приготовьтесь напрячь свои глаза и разобраться в вопросах: как выбрать светодиоды и на какие характеристики ледов обращать пристальное внимание.
Для тех, кому лень читать, в самом начале статьи даю Вам небольшой вывод. За более конкретными рекомендациями по выбору светодиодов исходя из его характеристик, все-таки стоит прочитать до конца…
1Цветовая температура: три оттенка белого – теплый, нейтральный и холодный. Выбирайте нейтральный. И света больше и глазу приятнее. Это сугубо личное мнение.
2Мощность светодиода – чем больше, тем лучше. Но для больших мощностей необходим большой радиатор. Для аналога 100 Вт лампы нужно от 12 до 14 Вт диодного света. Запитывать диоды только от драйверов. Не увеличивать без большой надобности ток на диоды. Максимальная эффективность будет только от рабочего значения.
3Световой поток. Выбирайте по этому параметру с поправкой на нагрев кристалла и недостоверную информацию производителя.
4Угол рассеивания. По этому параметру можно определить как будет падать свет на освещаемую поверхность.
5И самое главное, не покупайте дешевые диоды. Просто возьмите за правило! Меньше будет разочарований от малого количества света, плохой освещенности и быстрой деградации.
Перед покупкой чипов стоит четко представлять на что Вы рассчитываете. Какой результат хотите получить. Если у Вас появилось непреодолимое желание поменять освещение в жилых комнатах, то стоит обратить внимание на сверхяркие светодиоды. При «хотелках» осветить аквариум или коридор – достаточно приобрести маломощные диоды. Все зависит от количества LED, которые будут использоваться. )))))) прочитал про «осветить аквариум или коридор»))) странное придумал сочетание)))) Ну да ладно, повеселился хоть.
В таблице я свел данные по видам, с желаемым местом применения
| Индикаторные, Пиранья | SMD, COB, мощные 1,3, 5 Вт | Filament | |
| Применение | Индикация, эл.табло, автомобили | Местное и общее освещение | Местное и общее освещение |
Filament светодиоды и индикаторные нет смысла рассматривать, т.к. я еще не видел отдельно в продаже филаментных отрезков, а индикаторные типа 3 мм и т.п. для меня вообще не представляют никакого интереса и куда их можно использовать я уже не представляю. Мир светодиодов настолько обширен, что от них я отказался.
Перед походом в магазин проштудируйте литературу, datasheet по различным видам. Основные характеристики, на которые следует обращать внимание – цвет, мощность, рабочий ток и световые данные.
Цветовая температура светодиодов
Все диоды подразделяются по длине волны излучаемого света. Длина волны ( а следовательно и цвет ) зависит от материалов, используемых во время производства светодиодов. На 2015 год можно твердо утверждать о том, что мы можем получить абсолютное большинство цветов, не считая инфракрасного излучения и ультрафиолетового. Но нас все-таки интересуют диоды с белым свечением. Мы же собираемся делать устройства для освещения чего-либо? Более подробное описание о цветовых температурах и получении цветных диодов напишу позже.
Сильно не вдаваясь в дебри опишу, каким образом получают белый цвет. Так скажем, для «чайников»). Ни в коем случае не хотел никого обидеть).
Первый способ — белый цвет получают нанесением желтого люминофора на синие светодиоды (иногда ультрафиолетовые). За счет люминофора происходит «чудесное преобразование» синего цвета в белый. В этом случае начальная мощность чипов уменьшается.
Второй – получение белого за счет смешения красного, зеленого и синего цветов. В нашем случае при использовании RGB метода для белого используют излучения красного, синего и зеленого светодиодов.
Белые диоды разделяют на оттенки: теплые, нейтральные и холодные. Каждый из них имеет свою цветовую температуру: теплые — 2600-3700 К, нейтральные 3700-5000 К, 5000-10000 К. Ниже я приведу графическую картинку, в которой наглядно показано, какой цвет соответствует той или иной температуре.
Опираясь на эту характеристику при выборе светодиодов мы можем получить первое представление того, КАК будет светить наш диод. На фото можно воочию увидеть какой цвет излучает каждый из оттенков.
Хочется сразу предупредить тех, кто любит (привык) к цвету ламп накаливания. Используя теплые оттенки белого (вспомнился фильм про 50 оттенков серого))) стоит быть готовым к тому, что эффективность диода будет пропорционально снижаться с увеличением теплоты. По-русски, чем желтее цвет, тем меньше эффективность при одинаковых мощностях светодиодов. Т.е. если Вы возьмете 3 светодиода одинаковой мощности но трех оттенков, то наибольшее количество света будет от холодного, и далее по убыванию – нейтральный и теплый белый.
Такое утверждение справедливое. Я провел не один эксперимент, собрал не один источник света. И при одинаковых характеристиках светодиодов чипы с более холодными оттенками на много эффективнее. И не смотря на то, что в помещениях негласно принято устанавливать лампы с теплым светом, а на улицах более холодного цвета я весь свой дом «утыкал чисто белыми» источниками света. Эффективность больше и никакого дискомфорта. Поэтому, опережая вопрос: какого свечения лампы вы посоветуете в квартиру? Отвечу. Мое, сугубо личное мнение – только нейтрально белые.
Мощность – одна из главных характеристик светодиода
На сегодняшний день мощность светодиодов просто ошеломляюща. От нескольких милливатт до сотен ватт. В нашем случае для общего освещения будут самыми оптимальными диоды мощностью 1, 3, 5 Вт. В некоторых случаях не плохо применять 10 Вт матрицы. В гараже я сделал освещение именно на 10 Вт. Их и потребовалось не много и света достаточно для ремонта.
Мы остановимся на 1, 3 Вт диодах, т.к. именно эти типы наиболее распространены в лампах и светильниках. Да и в домашних условиях их легко монтировать. Не смотря на то, что много производителей используют SMD диоды 5050, 3528 и т.п. их паять достаточно сложно и «неприятно», поэтому опущу рассказ о них. Но принцип остается один – ВЫБИРАЕМ диоды по мощности. Чем больше мощность, тем ярче мы получим свет.
Но все не так гладко. Большая мощность дает большой нагрев. И в этом случае стоит четко представлять о том, что для долгой жизни диода необходим хороший теплоотвод, радиатор. 5 Вт светодиод в единичном экземпляре не требует большого охлаждения. Но если Вы решитесь собрать светильник на 5-10 штуках, то радиатор будет весомый. И об эстетике даже не стоит говорить.
Но вернемся к нашим «баранам»… 1Вт светодиоды выпускают на номинальный ток 350 мА, а 3 Вт на 700 мА. Под них уже выпускают готовые драйверы. Запитывать светодиоды необходимо только от драйверов. Они постоянно держут заданное значение тока. А так как диоды очень чутко относятся именно к амперам, то важно питать их постоянным током, чего мы можем добиться именно драйверами, а не блоками питания от мобильников, компьютеров и т.п.
Количество диодов стоит выбирать из расчета, что аналог 100 Вт лампы накаливания – от 12 до 14 Вт диодного света. В этом случае нам понадобится 12 одноваттников и драйвер под эти диоды на 350 мА. Я не хочу вдаваться в расчеты как подбирать драйверы. Кому интересно, задайте вопрос, я посчитаю. Ну или когда-нибудь напишу отдельный опус).
Скажу еще одно: деление по ваттам условное. Во всех характеристиках светодиодов есть две величины – рабочий и максимальный ток. Допустим в одноваттниках он составляет 350 и 700 мА. Казалось бы, «сейчас как дам этому диоду на полную и он как засветит!». Но нет. Согласно зависимости освещенности от тока все светодиоды показывают одну диаграмму – чем больше ток от рабочего, тем больше падает сила света. Поэтому я никогда «не разгоняю» свои кристаллы. А питаю их только тем, на что они рассчитаны.
Световой поток – еще одна немаловажная характеристика светодиодов
Эта характеристика измеряется в люменах. Обращая внимание на нее мы можем получить более-менее правдивое понимание того, сколько света мы получим от источника. Это достаточно «размытая» характеристика, т.к. световой поток зависит от многих факторов. И если в описании к светодиоду будет указано, что он выдает 100 люмен, то это не факт. Правильное определение истинного значения состоит не в производственных данных, а в экспериментальных. Посмотрим одну из методик.
Возьмем три светодиода одинаковой мощности и светового потока ( по datasheet ) при 350 мА – 120 люмен. При питании диодов от драйвера 350 мА в течении 1 мин., не превышая температуру кристалла получили следующие данные. Причем светодиод №3 выдает 120 люмен при токе всего в 300 мА. Т.е. делаем вывод, что данные по паспорту не всегда правильные. Выбирайте диоды с условием того, что истинное значение люменов будет на 10-15 процентов меньше. Тогда в конечном итоге не разочаруетесь, а в случае как с 3 диодом еще и порадуетесь.
Еще одна неприятная новость. С увеличением температуры кристалла падает световой поток. Эта характеристика ВСЕГДА указывается в данных, в виде графика. Не ленитесь и смотрите. Как правило, при рабочей температуре кристалла в 85 градусов у большинства LEDs световой поток уменьшается на 12 процентов.
| 1 | 2 | 3 | |
| По datasheet | 120 | 120 | 120 |
| Температура кристалла | 25 | 25 | 25 |
| Время свечения | мин | мин | Мин |
| Истинное знач | 120 | 115 | 148 |
Угол рассеивания
Ну последнее, на что стоит обратить внимание – угол рассеивания. Большинство диодов выпускается с углом рассеивания в 120 градусов. Но это не конечная цифра. Разброс углов начинается от 15 и заканчивается 360 градусами ( к примеру филаментные ). Здесь Вам стоит определиться опять же, что хотите получить. Узконаправленный свет или рассеянный по всей комнате. Для комнаты подойдет и 120 градусов, но лучше применить линзы, чтобы увеличить угол. Для узконаправленного луча с лихвой хватит диодов с рассеивание в 40 градусов.
Есть еще несколько характеристик светодиодов. Но они более интересны для промышленного производства. А нам, простым обывателям, с лихвой хватает этих.
Я могу понять, что для кого-то эту информацию тяжело понять, но это только первое время. Если Вы один раз разберетесь, то в дальнейшем никаких трудностей правильно выбрать светодиод под свои нужды не составит труда. Во всяком случае я уже не «болею» муками подбора.
Виды диодов, характеристики, применение
Официальное определение диода гласит, что это элемент, который имеет различную проводимость, в зависимости от того, в каком направлении течёт электрический ток. Его использование необходимо в цепях, нуждающихся в ограничении пути его следования. Данная статья более подробно расскажет об устройстве диода, а также о том, какие существуют виды и как их различать.
История появления
Работы, связанные с диодами, начали вести параллельно сразу два учёных — британец Фредерик Гутри и немец Карл Браун. Открытия первого были основаны на ламповых диодах, второго — на твердотельных. Однако развитие науки того времени не позволило совершить большой рывок в этом направлении, но дали новую пищу для ума.
Затем через несколько лет открытие диодов заново произвёл Томас Эдисон и в дальнейшем запатентовал изобретение. Однако по каким-то причинам, в своих работах применения ему на нашлось. Поэтому развитие диодной технологии продолжали другие учёные в разные годы.
Кстати, до начала 20 века диоды назывались выпрямителями. Затем учёный Вильям Генри Иклс применил два корня слов — di и odos. Первое с греческого переводится как «два», второе — «путь». Таким образом, слово «диод» означает «два пути».
Принцип работы и основные сведения о диодах
Диод имеет два электрода — анод и катод. Если анод обладает положительным потенциалом по отношению к катоду, то диод становится открытым. То есть, ток проходит и имеет малое сопротивление диода.
Если же на катоде находится положительный потенциал, то значит диод не раскрыт, обладает большим сопротивлением и не пропускает электрический ток.
Как устроен диод?
В основном, корпус элемента изготовлен из стекла, металла или керамических соединений. Под покрытием расположены два электрода. Самый простой диод содержит в себе нить малого диаметра.
Внутри катода может находится особая проволока. Она обладает свойством нагреваться под воздействием электрического тока и называется «подогреватель».
Вещества, используемые при изготовлении, чаще всего кремний или германий. Одна сторона элемента обладает нехваткой электронов, вторая — наоборот их переизбытком. Между ними существует граница, которая и обеспечивает p-n переход. Именно он позволяет проводить ток в нужном направлении.
Характеристики диодов
При выборе элемента в основном ориентируются на два показателя — предельное обратное напряжение и максимальная сила тока.
Использование диодов в быту
Один из ярких примеров использования диодов — автомобильный генератор. В нем размещён комплекс из нескольких таких элементов, который называется «диодный мост».
Также элементы активно применяются в телевизорах или радиоприёмниках. В соединении с конденсаторами диоды могут выделять частоты из разнообразных модулированных сигналов.
Очень часто комплекс из диодов используется в схемах для защиты потребителей от поражения электрическим током.
Также стоит сказать о том, что любой блок питания многих электронных устройств обязательно содержит диоды.
Виды диодов
В основном, элементы можно разделить на две группы. Первая — вид полупроводниковых диодов, вторая — не полупроводниковые.
Широкое распространение получила именно первая группа. Название происходит от материалов, из которых изготовлен диод: два полупроводника либо полупроводник с металлом.
Также имеется целый ряд специальных видов диодов, которые применяются в особых схемах и приборах.
Диод Зенера или стабилитрон
Данный вид характерен тем, что при возникновении пробоя происходит резкое увеличение тока с высокой точностью. Эту особенность применяют в стабилизации напряжения.
Туннельный
Если говорить простыми словами, то данный вид диодов образует отрицательное сопротивление на вольт-амперной характеристике. Применяется в основном в усилителях и генераторах.
Обращённый диод
Обладает свойством значительно понижать напряжение в открытом режиме. Это также основано на туннельном эффекте, подобному предыдущему диоду.
Варикап
Относится к виду диодов полупроводниковых, которые обладают повышенной ёмкостью, управляемой электрически в случае изменения обратного напряжения. Используется в настройке и калибровке колебательных контуров.
Светодиод
Особенность данного типа диодов заключается в том, что он излучает свет при течении тока в прямом направлении. В современном мире применяется практически везде, где требуется освещение с экономичным источником света.
Фотодиод
Имеет обратные предыдущему экземпляру свойства. То есть, начинает вырабатывать электрический заряд при попадании на него света.
Маркировка
Для того чтобы определить вид, узнать характеристику полупроводникового диода, производители наносят специальные обозначения на корпус элемента. Она состоит из четырёх частей.
На первом месте — буква или цифра, означающая материал, из которого изготовлен диод. Может принимать следующие значения:
- Г (1) — германий;
- К (2) — кремний;
- А (3) — арсенид галлия;
- И (4) — индий.
На втором — типы диода. Они тоже могут иметь разное значение:
- Д — выпрямительные;
- В — варикап;
- А — сверхвысокочастотные;
- И — туннельные;
- С — стабилитроны;
- Ц — выпрямительные столбы и блоки.
На третьем месте располагается цифра, указывающая на область применения элемента.
Четвёртое место — числа от 01 до 99, означающее порядковый номер разработки.
Также на корпус могут быть нанесены и дополнительные обозначения. Но, как правило, они используются в специализированных приборах и схемах.
Для удобства восприятия диоды могут маркироваться также и разнообразными графическими символами, например, точками и полосками. Особой логики в таких рисунках нет. То есть, чтобы определить, что это за диод, придется заглянуть в специальную таблицу соответствия.
Триоды
Данный вид электронных элементов чем-то схож с диодом, однако выполняет другие функции и имеет свою конструкцию.
Основное различие между диодом и триодом в том, что последний имеет три вывода и в его отношении чаще используется название «транзистор». Принцип работы основан на управлении токами в выходных цепях с помощью небольшого сигнала.
Диоды и триоды (транзисторы) применяются практически в каждом электронном устройстве. В том числе и процессорах.
Плюсы и минусы
Перед заключением можно обобщить всю информацию о диодах и составить список их преимуществ и недостатков.
Плюсы:
- Невысокая цена диодов.
- Отличный КПД.
- Высокий ресурс работы.
- Маленькие размеры, что позволяет удобно их размещать на схемах.
- Возможность использования диода в переменном токе.
Из минусов, пожалуй, можно выделить то, что не существует полупроводникового типа для высоких напряжений в несколько киловольт. Поэтому придется применять более старые ламповые аналоги. Также воздействие высоких температур неблагоприятно сказывается на работе и состоянии элемента.
Немного интересных сведений о диодах
Первые экземпляры выпускались с применением малой точности. Поэтому разброс получившихся характеристик диодов был очень большим, вследствие чего уже готовые приборы приходилось, что называется, «разбраковывать». То есть, некоторые диоды, казалось бы, одной серии могли получить совершенно разные свойства. После отсева, элементы маркировались в соответствии с фактическими характеристиками.
Диоды, изготовленные в стеклянном корпусе, имеют одну интересную особенность — чувствительность к свету. То есть если прибор, в составе которого имеется такой элемент, имеет открывающуюся крышку, то работать вся схема может по-разному в закрытом и открытом состоянии.
Заключение
В общем, чтобы полностью понять и разобраться, как правильно применять и где использовать диоды, нужны изучить больше литературы. Для определения типа элемента на глазок потребуется соответствующий опыт. Ну а новичкам в этом могут помочь таблицы и справочники по маркировкам.
Также необходимо иметь хотя бы базовые представления об электрическом токе, его свойствах. Конечно, это все проходилось в школе, но кто сейчас навскидку сможет вспомнить даже закон Ома?
Поэтому без базовых знаний нырять в мир электроники будет очень проблематично.